氧化應激與母豬生殖健康

徐建雄，上海交通大學農業與生物學院教授，動物營養與飼料科學學科帶頭人。現兼任中國畜牧獸醫學會動物營養學分會理事、上海市畜牧獸醫學會常務理事兼副秘書長等。近年來，著重從事氧化應激和營養調控技術研究，對仔豬斷奶應激機理、腸道發育及其調控技術有深入的研究。主持和參加了國家自然科學基金、國家科技攻關項目等十幾項，獲上海市科技進步獎和技術發明獎7項，上海市優秀發明一等獎1項；發表論文70余篇，獲國家發明專利8項。

各位同行，非常高興有機會在這里與大家交流有關豬的養殖方面的信息以及我們的研究進展。大家都很清楚目前我們國家母豬的生產力、仔豬存活率跟國外相比差距是巨大的。10年前我們討論的主題不會是母豬，而是仔豬，那時仔豬問題是一個非常熱門的話題。今天不一樣，我們知道飼養好豬，要從母豬開始然后才是仔豬，所以重視仔豬營養的同時，要關注母豬的生殖營養。

這張圖（圖1）很漂亮，這是2個銹斑，一個是銅銹，一個是鐵銹，它是氧化以后的結果。自然界中有氧就會產生氧化應激。這是一個新鮮的蘋果，半小時以后就成這樣，為什么？氧化了。所以氧化在自然界中是無處不在的。動物又是怎么樣，其實在醫學上、實驗中就有大量的研究。人本身也會產生大量的ROS，ROS是活性氧自由基，所以就會發生氧化應激。妊娠期能量需要量大，高能量代謝產生超量的ROS，這樣會使動物產生氧化應激。這樣的研究在10年前、20年前都已經有研究。

豬會是怎樣的呢？大概在幾年前也有這樣的研究，高產母豬在妊娠期會誘發氧化應激，在懷孕后期和泌乳期氧化應激更為嚴重，直到斷奶21～28日齡恢復，體內抗氧化營養物質在妊娠110 d降到最低，那個時候氧化應激更嚴重。

這是試驗應激情況，這張片子可能不是很清楚，大家一看就知道這是一個DNA實驗，0說明DNA的損傷只有5 %，Ⅰ說明DNA損傷 20 %，Ⅱ說明DNA損傷40 %，Ⅲ說明DNA損傷60 %（圖2）。DNA損傷會有損基因功能的表達。

實驗結果怎么樣，在妊娠30 d，血液中淋巴細胞的損傷大概在20 %，損傷還算比較小。當然損傷是無處不在的，就算它是一個健康的機體也會有損傷。如果到妊娠60 d、90 d、110 d，損傷在40 %以上，妊娠期的不同時期損傷也在提高。

體內有兩種主要抗氧化物，一個是α-tocopherol（生育酚），在妊娠110 d的時候，α-tocopherol跟另外一個抗氧化物的濃度會降低到最低水平，說明這種損傷跟抗氧化是有關系的。恰恰在這個時候飼料中抗氧化劑的供給是不夠的。我們選擇不同的母豬在不同的生理階段，采樣測定了一些指標。實驗結果表明，母豬體內確實發生了氧化應激引起的氧化現象。氧化應激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內高活性分子如活性氧自由基和活性氮自由基產生過多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。這一點在人的醫學上研究的比較多。許許多多的疾病在某種程度上都歸因于自由基的失衡，包括糖尿病、心血管疾病等，多少都有它的作用。氧化應激會導致氧化損傷。由于體內的抗氧化防御系統失衡了，不能清除體內過多的自由基，就會引起氧化損傷，導致體內的氧化還原狀態失衡。氧化應激是自由基引起的，自由基含有一個或一個以上不配對電子，能獨立存在的原子或原子團。如果是異裂會產生兩個離子，如果是均裂就產生自由基。所以一般體內的自由基只有氧自由基、脂性自由基、氮自由基。氧自由基也有不同的狀態，如羥自由基（OH-）、超氧陰離子自由基（O2-），體內有許許多多的自由基，它不是一種，而是有許多種。體內大概95 %以上都是氧自由基，所以我們稱為活性氧自由基（ROS）。人在體內利用的氧大概有1 %～ 3 %轉化為O2-，可由動物體內的呼吸鏈產生。OH-也是自由基中非常重要的一種，它的半衰期非常短，約10-9 s。所以對自由基的研究非常困難，非常不容易測。

自由基的種類：超氧陰離子（O2-）、氫過氧基（HO2）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（HO）、氧有機自由基（RO）、有機過氧基（ROO）、R-氫過氧化物（ROOH）。

自由基的產生：內源性自由基和外源性自由基。

內源性自由基是如何產生？有以下幾種：

一是胞液中酶促反應產生（圖3），這是產生自由基的主要來源。

線粒體在傳遞電子過程中會產生多種自由基。質膜中的還原型輔酶Ⅱ氧化酶促使NADPH氧化為NADP+，同時可使O2還原為O2-·。還有一些其他的反應，如內質網中細胞色素P450的反應。

一些外源性因素的刺激會產生更多的自由基，如輻射、吸煙與飲酒、不安全的食物、農藥、抗生素、殺蟲劑和污染的空氣都是產生自由的因素。

物理因素：

①X射線→水射解→H·+OH· +O2 O2-·

②光離R· +O2 O2-· +R

光激發+O2 O2-·

化學因素：

無機：M++O2→M2++O2-·

有機：RH+O2→R·+O2-·+H+ +O2 O2-· +R

自由基的性質特點，含有未配對的電子，不穩定，壽命短，它的化學性質非常活潑，氧化能力強，能持續進行鏈式反應。一個初級的自由基在體內進行連鎖反應，會產生很多的自由基。如果不把源頭切除，自由基的影響就將是深遠的。

自由基有哪些生物學作用？首先參與重要生物活性物質的合成，其次是解毒作用，最后參與機體免疫系統的防御作用。所以體內要保持一定濃度的自由基。當然自由基也有對機體損傷的作用，如脂質過氧化作用、蛋白質過氧化作用、糖基化氧化作用、含氮活性小分子的作用和自由基對核酸和染色體的損傷。自由基在體內有好的也有不好的，我們希望它保持平衡，所以體內會有抗氧化防御系統，來保持氧化與抗氧化平衡，如抗氧酶、脂溶性抗氧化物質、水溶性抗氧化物質和蛋白質抗氧化物質。動物靠這些系統來保證自由基在體內的穩恒。如果自由基過多或過少，那么會產生不平衡，就會引起氧化應激，氧化應激就會引起氧化損傷。所以正常情況下，動物體內的自由基是處于不斷產生與清除的動態平衡。

現代母豬發生了很多變化，如體成分的變化（瘦肉/脂肪比例提高），成熟體重更大，窩產仔數更多，仔豬成活率更高，泌乳量更高，對營養、環境及管理上的“應激因子”更敏感，不同胎次間的“連帶”效應更強。

同時，集約化飼養技術也加重了母豬氧化應激，如適應性品種，高產仔數，飼養方式，限位飼養，疾病，病原菌感染，營養（高能量、脂肪），抗生素、藥物、高銅，霉菌毒素，環境應激：溫度（熱應激、冷應激）和空氣質量。特別在生產上追求高產量、高營養、高代謝，這樣情況下會誘發產生過量的自由基。

我引用了以下試驗，利用不同日齡的金華豬與長白豬做比較，地方品種血清的總超氧化物岐化酶活性要高一籌。血清中谷胱甘肽過氧化物酶濃度，地方品種金華豬還是高于長白豬的。同樣過氧化氫酶也有類似的情況。外來品種產生血清丙二醛的要多，總的抗氧化能力金華豬要比長白豬強。

既然我們選擇了外來品種，就要給它更好的照料，更多的關注。圖4展示了溫度對豬血清MDA含量的影響。在常溫下，MDA含量比較低，當溫度在16 ℃～40 ℃的變化下，MDA含量顯著增加，高溫和低溫的變化會產生自由基，對氧化應激有嚴重的改變。

我們的國家是一個地域遼闊，溫度多變的國家，有的地方溫度很低，有的地方溫度很高，這些都會對動物具有不利的影響，高溫低溫下人類也會有不舒適感覺。集約化飼養會使氧化應激變得更嚴重，我們選擇了這種養殖方式，就要針對這種方式的特點采取相應的措施。在這里我給大家提供一些思路，抗氧化應激營養策略。從本質上說最好不要從營養上來解決，而是從育種上來解決，但在幾十年的育種中，機體的生產性能提高得很快，而機體的抗氧化能力提高得不快，甚至沒有提高，育種沒有解決之前只能靠營養去解決。

抗氧化應激的營養策略首先是消除氧化應激源。高溫，可以裝空調或者用其他方式來降溫，但是代價很大；如果空氣不好，我們也可改良；飼料中脂肪太高我們把脂肪降下來。但許多情況下不能如愿，不是你能辦到的。在正常的生理條件下，母豬在某個時期會產生更多的自由基，前面講過在妊娠110 d時母豬體內自由基的產生就會非常大，這時候我們要采取一些消除自由基的方法，實際上就是平衡抗氧化與氧化還原，原理很簡單，但實踐很困難。體內的自由基有幾百種，不同的自由基有不同的性質，現在一般采用抗氧化劑來清除自由基。但用單一的抗氧化劑不可能清除所有的自由基，或者達到一個理想的范圍。在這里我列出了一些抗氧化劑，這些氧化劑在實踐試驗中也都用，如N-乙酰半胱氨酸在醫學上用的很廣泛，作為一些藥物在使用。

舉一個例子怎樣來實行氧化應激與抗氧化的平衡。大豆異黃酮有幾種重要的生物學作用，對具有弱雌激素和抗雌激素的生物活性作用。在醫學實驗中，如果婦女每天服用30 mg～60 mg大豆異黃酮對更年期的不適癥非常有效，它能雙向調節雌激素以達到一個平衡的狀態，發揮機體的基本作用。研究證明大豆異黃酮還有非常強的抗氧化活性，能抑制和消滅自由基，減輕DNA氧化損傷，抑制脂質過氧化反應，誘導抗氧化酶基因表達，增強抗氧化酶活性，在抗氧化中有非常優秀的表現。許多研究證明大豆異黃酮有抗氧化能力。

在養豬生產中，一個重要的蛋白質原料就是豆粕，或者大豆制品。豆粕跟豆粕制品中有非常豐富的大豆異黃酮。但日糧中使用 15 %～20 %甚至更多的豆粕怎么還會發生這樣的問題。研究表明，自然界存在的大豆異黃酮大部分是糖苷型，利用率非常低，大豆異黃酮只有2 %～3 %是苷元型（染料木素、大豆苷元和大豆黃素），97 %～98 %是糖苷型（葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型和丙二酰基糖苷型）。不幸的是，糖苷型大豆異黃酮在體內不能直接吸收，須在小腸通過葡萄糖苷酶水解后才能吸收。對單胃動物來說，在腸道中這種分解比較弱，特別在小腸中更弱。大腸中有豐富的微生物，但是大腸的吸收能力又不夠。在豆粕中糖苷型的大豆異黃酮吸收能力比較低，苷元型吸收率比較高，活性較強。

圖5是大豆異黃酮的結構式，把葡萄糖苷結構切斷成苷元后就能吸收。如果用酶來分解，代價太高。用酸來分解，會破壞活性，而且酸也不能用于大豆發酵。最好是用微生物來分解豆粕，來解決這個問題。不同的微生物在不同條件下對大豆異黃酮的轉化不一樣。通過微生物把糖苷型轉化為苷元型大豆異黃酮，這是基本思路。高活性大豆異黃酮的發酵過程是把糖苷型轉化為苷元型，也就是把低活性轉化為高活性，這樣抗氧化能力就能提高。我們用這樣的產品在產前80 d飼喂到斷奶，仔豬14 d與21 d的體重、窩重都有顯著增加，增加了20 %。母豬的泌乳量也增加了，母豬的乳成分變化也很顯著。母豬體重增加，免疫球蛋白也有提高。母豬血清促生長因子、胰島素樣的生長因子、表皮生長因子都有顯著增加。母豬抗氧化能力增加，MDA顯著減少。

總結，重視繁殖母豬的氧化應激；促進母豬的氧化-抗氧化平衡；微生物發酵豆皮提高苷元型大豆異黃酮的轉化；高活性大豆異黃酮發酵豆皮在母豬日糧中的應用；修復母豬氧化損傷，促進機體代謝；促進母豬生殖潛力的發揮。

希望我們從氧化應激來考慮、分析，對我們的養殖有所幫助，謝謝大家！